EP4244781A1 - Systeme de commande d'un etat d'un oscillateur harmonique quantique - Google Patents

Systeme de commande d'un etat d'un oscillateur harmonique quantique

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EP4244781A1
EP4244781A1 EP21851618.5A EP21851618A EP4244781A1 EP 4244781 A1 EP4244781 A1 EP 4244781A1 EP 21851618 A EP21851618 A EP 21851618A EP 4244781 A1 EP4244781 A1 EP 4244781A1
Authority
EP
European Patent Office
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state
oscillator
bosons
dissipation
multiphoton
Prior art date
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Application number
EP21851618.5A
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German (de)
English (en)
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EP4244781B1 (fr
EP4244781C0 (fr
Inventor
Théau PERONNIN
Benjamin HUARD
Sébastien JEZOUIN
Antoine MARQUET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Normale Superieure de Lyon
Universite Claude Bernard Lyon 1
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Normale Superieure de Lyon
Universite Claude Bernard Lyon 1
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Publication of EP4244781C0 publication Critical patent/EP4244781C0/fr
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/40—Physical realisations or architectures of quantum processors or components for manipulating qubits, e.g. qubit coupling or qubit control
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/70—Quantum error correction, detection or prevention, e.g. surface codes or magic state distillation

Definitions

  • the invention relates to quantum information processing.
  • It relates in particular to the correction of errors in the coding of information of the bosonic type, that is to say the coding which encodes information in a bosonic system having a dimension, in the sense of the Hilbert space, larger than the two states needed to encode one bit of information.
  • This is for example the correction of errors in protocols where the information coding uses only Schrödinger cat states of a harmonic oscillator, i.e. a superposition of two (or more) coherent states of the harmonic oscillator.
  • Quantum information processing requires implementing error correction protocols to correct unwanted changes in the state of quantum bits (or qubits) that inevitably occur due to their coupling to the outside world.
  • a bit-flip type error correction method is known using a multiphoton dissipation device (Lescanne, R., V Amsterdam, M., Peronnin, T. et al. Exponential suppression of bit-flips in a qubit encoded in an oscillator. Nat. Phys. 16, 509-513 (2020)).
  • the information is encoded in a Schrodinger's cat-like state of a harmonic oscillator and the correction is based on engineering the interaction between the harmonic oscillator and its environment.
  • the method makes it possible to increase the time characteristic between two bit-flip errors occurring on the state carrying the information, the increase being exponential according to the size of the cat, i.e. according to the average number of bosons included in the harmonic oscillator.
  • the characteristic time between two errors of the phase-flip type which are not corrected by the multiphoton dissipation, decreases linearly according to the size of the cat.
  • a method for correcting certain errors linked to the loss of a boson in a harmonic oscillator using in particular a protocol for maintaining the parity of the number of bosons (GERTLER Jeffrey M. et al. “Protecting a Bosonic Qubit with Autonomous Quantum Error Correction” ⁇ https://arxiv.org/abs/2004.09322>).
  • the correction is based on a dispersive coupling of the harmonic oscillator to an auxiliary device such as for example a transmon.
  • maintaining parity can be used to stabilize certain error channels of the qubit or to deterministically stabilize a state of the qubit.
  • the life time or the purity of the state carrying the information increases linearly as a function of the coupling power between the oscillator and the auxiliary device.
  • a system for controlling a state of the quantum harmonic oscillator comprising:
  • quantum harmonic oscillator configured to carry information encoded in a state of the Schrödinger cat type oscillator
  • a device for stabilizing a predetermined parity of a number of state bosons configured to use first and second frequency combs, the first and second frequency combs each comprising at least as many lines as an average number of bosons in the state of the Schrodinger's cat-type oscillator, and
  • a multiphoton dissipation device adapted to withdraw at least one pair of bosons simultaneously from the oscillator, the multiphoton dissipation device being arranged so that it is activated only over activation periods comprised between two successive time peaks of the first and second frequency combs, the activation period having a duration greater than the inverse of the product of an average number of bosons in the state of the Schrödinger cat-type oscillator and the inverse of the characteristic time separating the withdrawal of at least one pair of bosons simultaneously from the oscillator by multiphoton dissipation, a duration separating two successive activation periods being less than a characteristic time of loss of a boson in the harmonic oscillator.
  • the activation periods are adjusted so that a localization of the state in a modified Wigner representation during the activation periods of the stabilization device is restored by the dissipation device;
  • a first frequency difference separating two successive lines of the first frequency comb and a second frequency difference separating two successive lines of the second comb are greater than the inverse of the characteristic loss time of a boson in the harmonic oscillator
  • a first frequency difference separating two successive lines of the first frequency comb is equal to twice a second frequency difference separating two successive lines of the second comb;
  • the first and second combs have peaks in the time domain, the peaks of the first comb being time-shifted with respect to the peaks of the second comb;
  • the stabilization device comprising:
  • the multiphoton dissipation device comprising:
  • a dissipator such as a third superconducting microwave resonator having a quality factor lower than a quality factor of the first superconducting microwave resonator
  • the dissipation device being activatable when the coupling circuit receives pumping energy from the pumping source.
  • the invention also relates to a method for controlling a state of a quantum harmonic oscillator comprising the following simultaneous steps:
  • the stabilization comprising a generation of the first and second frequency combs, the first and second frequency combs each comprising at least minus as many lines as an average number of bosons in the Schrodinger's cat-type oscillator state, and
  • the multiphoton dissipation being activated only over activation periods between two successive time peaks of the first and second frequency combs, the activation period having a duration greater than the inverse of the product of an average number of bosons in the state of the Schrödinger cat-type oscillator and the inverse of the characteristic time separating the withdrawal of at least one pair of bosons simultaneously of the oscillator by multiphoton dissipation, a duration separating two successive activation periods being less than a characteristic time of loss of a boson in the harmonic oscillator.
  • FIGS. 1 and 2 are schematic representations of a system for controlling a state of the quantum harmonic oscillator according to two embodiments of the invention.
  • a system 1 for controlling the state of a harmonic oscillator is represented schematically in FIG.
  • System 1 includes a quantum harmonic oscillator 3, a parity stabilizer 10, and a multiphoton dissipation device 20.
  • a quantum harmonic oscillator and a parity stabilization device have been presented in application FR-2 009 795 to which reference may be made for more details.
  • a harmonic oscillator can be in a state
  • harmonic oscillator can also refer to a resonator, the two terms being used interchangeably with the same meaning in this text.
  • the stabilization device makes it possible to stabilize a predetermined parity of the number of bosons of a quantum harmonic oscillator in an autonomous manner.
  • the four-legged cat state is defined as the superposition of four coherent states of the quantum harmonic oscillator whose phases differ by a value of n/2.
  • k> When a four-legged cat is decomposed on the states
  • Each value of the predetermined integer n defines a four-legged cat. So there are four four-legged cats.
  • a change in parity (caused for example by a loss or gain of a boson in the harmonic oscillator) in a logic qubit is equivalent to a change in the logic qubit.
  • the loss or gain of a boson in the harmonic oscillator causes the first logical qubit to pass to the second logical qubit and vice versa.
  • the two-legged cat state is defined as the superposition of two coherent states of the quantum harmonic oscillator whose phases differ by a value of n.
  • k> the only non-null coefficients correspond to numbers p of bosons congruent to n modulo 2, where n is a predetermined integer which can equal 0 or 1.
  • the parity stabilizer includes a nonlinear auxiliary device that is dispersively coupled to the quantum harmonic oscillator.
  • the auxiliary device can be in a stable level
  • the dispersive coupling between the harmonic oscillator and the auxiliary device means that the energy difference or, equivalently, the frequency difference ⁇ gf (k) between the ground state or level
  • the stabilization device also comprises a dissipator, comprising at least one stable state and another excited state which relaxes spontaneously towards the stable state. This spontaneous relaxation makes it possible, during the control protocol for the state of the oscillator, to render population displacements irreversible.
  • the stabilization device also includes an exciter configured to create two frequency combs.
  • the frequency combs are in resonance with certain transitions of the energy levels of the system formed by the harmonic oscillator, the auxiliary device and the dissipator. They make it possible to add a boson in the harmonic oscillator if the integer k does not have the predetermined parity.
  • the frequency difference separating two successive lines of the first frequency comb can be equal to twice a second frequency difference separating two successive lines of the second comb, as presented in application FR 2009795.
  • the frequency difference separating two successive lines of the first frequency comb can be equal to the second frequency difference separating two successive lines of the second comb, as presented in GERTLER Jeffrey M. et al. “Protecting a Bosonic Qubit with Autonomous Quantum Error Correction” If in the frequency domain a frequency comb is made up of lines regularly separated by a frequency difference, in the time domain this frequency comb is made up of peaks separated by a time difference inversely proportional to the frequency difference. We use the line term for the frequency domain and the peak term for the time domain.
  • This stabilization device makes it possible to maintain the parity of the number of bosons in the quantum harmonic oscillator in an autonomous manner. No intervention by the experimenter, inside the quantum system, is necessary for stabilization to be ensured.
  • the quantum harmonic oscillator state control system also includes a multi-photon dissipation device 20 adapted to remove at least one pair of bosons simultaneously from the harmonic oscillator 3.
  • the multiphoton dissipation device 20 makes it possible to obtain a certain multiphoton dissipation rate which designates the inverse of the characteristic time separating the simultaneous loss of two or four (or another integer greater than one) bosons by the quantum harmonic oscillator.
  • the dissipation device can be controlled so that the extent of the dissipation phenomenon can be adjusted.
  • the multiphoton dissipation phenomenon can be rendered negligible.
  • the system 1 for controlling the state of a harmonic oscillator can be used to prepare particular states of the oscillator, and in particular the two-legged Schrödinger cat states.
  • a change in parity (caused for example by a loss or gain of a boson in the harmonic oscillator) of the two-legged cat induces a change in the state of the logical qubit.
  • the parity-keeping protocol also has the effect of affecting the relative phases between the superpositions of the different "k" Fock states of the quantum harmonic oscillator.
  • the parity maintenance protocol makes it possible to prepare in a deterministic way a state having a certain parity, but this state is not a two-legged cat state, even if the initial state were one.
  • the inventors propose to set up a process of dissipation with two photons simultaneously.
  • the multiphoton dissipation device and the parity stabilization device are controlled in time so that the periods of activation of the dissipation device do not overlap any temporal peak of the first frequency comb or of the second frequency comb. frequencies.
  • the periods of activation are adjusted so that a localization of the state in a Wigner representation modified during the periods of activation of the stabilizing device is restored by the dissipating device.
  • the four coherent states of the quantum harmonic oscillator whose superposition defines the four-legged cat state, are located around the phases 0°, 90°, 180 ° and 270° .
  • each frequency comb has at least as many lines as the average number of bosons corresponding to the size of the cat
  • the duration that the multiphoton dissipation is active is greater than the inverse of the product of the average number of bosons corresponding to the size of the cat and the multiphoton dissipation rate.
  • the first two features (a) and (b) allow the phase drift of the state, while the multiphoton dissipation is inactive, to be less than 45°.
  • the third characteristic (c) allows the multiphoton dissipation to be active long enough to reduce this phase drift.
  • the "bit-flip” or “phase-flip” type error rate increases, i.e. the characteristic time separating two successive errors of the "bit-flip” type flip” or “phase-flip” decreases. All this is settled before the implementation of the protocol for controlling the state of the quantum harmonic oscillator.
  • the state of the harmonic oscillator is attracted and pulled back to whichever of the two coherent states is closest in phase.
  • each frequency comb has at least as many lines as the average number of bosons corresponding to the size of the cat
  • the duration that the multiphoton dissipation is active is greater than the inverse of the product of the average number of bosons corresponding to the size of the cat and the multiphoton dissipation rate.
  • the first two features (a) and (b) allow the phase drift of the state, while the multiphoton dissipation is inactive, to be less than 90°.
  • the third characteristic (c) allows the multiphoton dissipation to be active long enough to reduce this phase drift.
  • the characteristic loss time of a boson is the average typical time separating two successive losses of a boson in the harmonic oscillator in the absence of any correction process.
  • the temporal alternation between the multiphoton dissipation device and the parity stabilization device is interesting for combining the corrective effects of the two methods to resist errors of the bit-flip type and of the phase-flip type, or else to prepare a state of given parity.
  • the periods of activation of the multiphoton dissipation are adjusted so that a localization of the state in a Wigner representation deteriorated by the parity stabilization step can be restored during the multiphoton dissipation step. In this way, the opposing effects of multiphoton dissipation and parity stabilization can be balanced.
  • the first frequency deviation and the second frequency deviation are chosen as large as possible. Indeed, the greater these deviations, the shorter and closer to each other are the time peaks of the frequency combs, in other words the greater the rate of the time peaks.
  • the periods of activation of the multiphoton dissipation device can then be longer and closer to each other. In this situation the multiphoton dissipation is more often active, and the time during which an irreparable error can occur is thus reduced.
  • the first frequency difference and the second frequency difference greater than the rate of occurrence of errors of the “loss of a boson” type, that is to say the inverse of the characteristic time of loss of a boson in the harmonic oscillator.
  • the time shift can be characterized by the duration D separating a peak of the first frequency comb and the first peak of the second frequency comb which temporally follows the negative peak.
  • this frequency difference is denoted by %. It is possible to configure the exciter so that it generates the first and the second combs of frequencies with the peaks of the first comb shifted in time with respect to the peaks of the second comb.
  • the time shift can be characterized by the duration D separating a peak of the first frequency comb and the first peak of the second frequency comb which temporally follows this peak of the first comb.
  • the time offset D can be chosen freely within the interval
  • Le time shift D can advantageously be chosen in the interval or the interval or and designate respectively the width at mid-height of the peaks of the first comb and of the second comb.
  • the first and second frequency combs each have at least as many lines as the average number of bosons corresponding to the size of the cat.
  • the method of controlling the state of the quantum harmonic oscillator described here can, for example, be realized using superconducting circuit technology, as shown schematically in Figure 2.
  • the quantum harmonic oscillator 3 can then be a superconducting microwave resonator.
  • the parity stabilization device 10 comprises an auxiliary system which may be a transmon 14, and the dissipator may be another superconducting microwave resonator 12 having, compared to the oscillator 3, a poor quality factor.
  • the parity stabilization device also comprises an exciter 16 adapted to generate the frequency combs 17 and 18.
  • Application FR 2009795 describes various embodiments, corresponding to a particular pair of excited state
  • the multiphoton dissipation device 20 can be produced according to the indications of the article Lescanne, R., V Amsterdam, M., Peronnin, T. et al. Exponential suppression of bit-flips in a qubit encoded in an oscillator. Nat. Phys. 16, 509-513 (2020).
  • the multiphoton dissipation device 20 may comprise a dissipator 22.
  • This dissipator 22 may for example be a superconducting microwave resonator having, compared to the oscillator, a poor quality factor.
  • the multiphoton dissipation device may also comprise an ATS circuit 24, the term ATS meaning in English Asymmetrically Threaded SQUID, that is to say a SQUID (for Superconducting Quantum Interference Device in English, that is to say superconducting device interference quantum) wound asymmetric.
  • the ATS circuit 24 ensures the coupling of the harmonic oscillator 3 with the dissipator 22.
  • the multiphoton dissipation device 20 comprises a pump source 26 of the ATS circuit.
  • the pump source 26 can be controlled to send pump energy 27 to the ATS circuit 24.
  • the ATS circuit 24 couples the sink 22 and the oscillator 3 and the multiphoton dissipation has venue.
  • the ATS circuit 24 does not couple the dissipator 22 and the oscillator 3 and the multiphoton dissipation does not take place.
  • the control of the pumping source thus makes it possible to define the periods of activation of the multiphoton dissipation.
  • the multiphoton dissipation device 20 comprises a source of excitation of the dissipator 22.
  • This source of excitation makes it possible to adjust the average number of bosons in the harmonic oscillator 3, that is to say the size of the cat when the harmonic oscillator is in a Schrödinger cat-like state.
  • the source of excitation of the dissipator 22 can be synchronized with the source of pumping 26, that is to say that the two sources are active and inactive at the same time. Thus, the excitation source does not send energy into the dissipator, when the pump source is inactive.
  • the system for controlling the state of the quantum harmonic oscillator can finally comprise a controller 30 which controls the parity stabilization device 10 and the multiphoton dissipation device 20.
  • the controller 30 can ensure the synchronization of the generation of frequency combs 17, 18 by exciter 16 and generation of pump energy 27 by pump source 26.
  • the controller 30 can in particular guarantee that the multiphoton dissipation device is activated only over activation periods comprised between two successive time peaks of the first and second frequency combs.
  • the invention relates to a method for controlling a state of a quantum harmonic oscillator comprising the simultaneous steps:
  • the stabilization comprising a generation of the first and second frequency combs
  • multiphoton dissipation so as to remove at least one pair of bosons simultaneously from the oscillator, the multiphoton dissipation being activated only over activation periods between two successive time peaks of the first and second frequency combs, the activation periods being adjusted so that a localization of the state in a modified Wigner representation during periods of parity stabilization activation is restored by multiphoton dissipation.

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Abstract

Système (1) de commande d'un état de l'oscillateur harmonique quantique comprenant : - un oscillateur harmonique (3) dans un état de type chat de Schrödinger, - un dispositif de stabilisation (10) d'une parité prédéterminée d'un nombre de bosons de l'état, configuré pour utiliser des premier et deuxième peignes de fréquences, comportant chacun au moins autant de raies qu'un nombre moyen de bosons dans l'état, et - un dispositif de dissipation multiphotonique (20) adapté pour retirer au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur, le dispositif de dissipation étant activé seulement entre deux pics temporels successifs des peignes de fréquences sur une durée supérieure à l'inverse du produit du nombre moyen et de l'inverse du temps caractéristique de la dissipation multiphotonique, une durée séparant deux périodes d'activation étant inférieure à un temps caractéristique de perte d'un boson.

Description

SYSTEME DE COMAAANDE D'UN ETAT D'UN OSCILLATEUR HARMONIQUE QUANTIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne le traitement de l'information quantique.
Elle concerne notamment la correction d'erreurs dans le codage d'information de type bosonique, c'est-à-dire le codage qui encode de l'information dans un système bosonique ayant une dimension, au sens de l'espace de Hilbert, plus grande que les deux états nécessaires pour encoder un bit d'information. Il s'agit par exemple de la correction d'erreurs dans des protocoles où le codage d'information utilise uniquement des états de chat de Schrôdinger d'un oscillateur harmonique, c'est-à-dire une superposition de deux (ou davantage) états cohérents de l'oscillateur harmonique.
Elle concerne aussi notamment la préparation d'états ont la parité du nombre de bosons est donnée.
ETAT DE LA TECHNIQUE
La mise en oeuvre d'un traitement d'information quantique nécessite de mettre en place des protocoles de correction d'erreur permettant de corriger les changements indésirables de l'état des bits quantiques (ou qubits) qui se produisent inévitablement en raison de leur couplage au monde extérieur.
Toutes les erreurs qui peuvent se produire sur un qubit qui est un état dont l'expression générale est a|0)+b| 1 ), sont toujours des combinaisons d'une erreur de type « bit-flip » qui produit l'état a| 1 )+b|0) et d'une erreur de type « phase- flip » qui produit l'état a|0)-b| 1 ).
Dans le codage d'information de type bosonique, on connaît un procédé de correction des erreurs de type bit-flip utilisant un dispositif de dissipation multiphotonique (Lescanne, R., Villiers, M., Peronnin, T. et al. Exponential suppression of bit-flips in a qubit encoded in an oscillator. Nat. Phys. 16, 509- 513 (2020)). L'information est encodée dans un état de type chat de Schrôdinger d'un oscillateur harmonique et la correction se fonde sur une ingénierie de l'interaction entre l'oscillateur harmonique et son environnement. En rapport avec cette correction des bit-flips, le procédé permet d'augmenter le temps caractéristique entre deux erreurs de bit-flip se produisant sur l'état portant l'information, l'augmentation étant exponentielle en fonction de la taille du chat, c'est-à-dire en fonction du nombre moyen de bosons compris dans l'oscillateur harmonique. En revanche le temps caractéristique entre deux erreurs de type phase-flip, qui ne sont pas corrigées par la dissipation multiphotonique, décroît linéairement en fonction de la taille du chat.
On connaît également un procédé de correction de certaines erreurs liées à la perte d'un boson dans un oscillateur harmonique utilisant notamment un protocole de maintien de la parité du nombre de bosons (GERTLER Jeffrey M. et al. « Protecting a Bosonic Qubit with Autonomous Quantum Error Correction » <https ://arxiv.org/abs/2004.09322>). Cette fois, la correction se fonde sur un couplage dispersif de l'oscillateur harmonique à un dispositif auxiliaire comme par exemple un transmon. Selon la façon dont un qubit est encodé dans l'oscillateur harmonique, le maintien de la parité peut être utilisé pour stabiliser certains canaux d'erreur du qubit ou pour stabiliser de façon déterministe un état du qubit. Le temps de vie ou la pureté de l'état portant l'information augmente de manière linéaire en fonction de la puissance de couplage entre l'oscillateur et le dispositif auxiliaire.
Par ailleurs, on connaît un procédé de préparation d'états quantiques arbitraires du résonateur quantique utilisant le couplage dispersif entre un qubit et un résonateur (FOSEL Thomas et al. « Efficient cavity control with SNAP gates » https://arxiv.org/abs/2004.14256). Le protocole utilise des portes de phase conditionnées au nombre de bosons dans le résonateur quantique ainsi que des déplacements du mode de résonance.
EXPOSE DE L'INVENTION
On prévoit selon l'invention un système de commande d'un état de l'oscillateur harmonique quantique comprenant :
- un oscillateur harmonique quantique configuré pour porter une information encodée dans un état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger,
- un dispositif de stabilisation d'une parité prédéterminée d'un nombre de bosons de l'état, configuré pour utiliser des premier et deuxième peignes de fréquences, les premier et deuxième peignes de fréquence comportant chacun au moins autant de raies qu'un nombre moyen de bosons dans l'état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger, et
- un dispositif de dissipation multiphotonique adapté pour retirer au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur, le dispositif de dissipation multiphotonique étant agencé de sorte qu'il est activé seulement sur des périodes d'activation comprises entre deux pics temporels successifs des premier et deuxième peignes de fréquences, la période d'activation présentant une durée supérieure à l'inverse du produit d'un nombre moyen de bosons dans l'état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger et de l'inverse du temps caractéristique séparant le retrait d'au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur par dissipation multiphotonique, une durée séparant deux périodes d'activation successives étant inférieure à un temps caractéristique de perte d'un boson dans l'oscillateur harmonique.
Un tel système est avantageusement complété par les différentes caractéristiques ou étapes suivantes prises seules ou en combinaison :
- les périodes d'activation sont ajustées de sorte qu'une localisation de l'état dans une représentation de Wigner modifiée pendant les périodes d'activation du dispositif de stabilisation est rétablie par le dispositif de dissipation ;
-un premier écart fréquentiel séparant deux raies successives du premier peigne de fréquences et un deuxième écart fréquentiel séparant deux raies successives du deuxième peigne sont supérieurs à l'inverse du temps caractéristique de perte d'un boson dans l'oscillateur harmonique ;
- un premier écart fréquentiel séparant deux raies successives du premier peigne de fréquences est égal au double d'un deuxième écart fréquentiel séparant deux raies successives du deuxième peigne ;
- les premier et deuxième peignes présentent des pics dans le domaine temporel, les pics du premier peigne étant décalés temporellement par rapport aux pics du deuxième peigne ;
- l'oscillateur harmonique quantique est un premier résonateur micro-onde supraconducteur, le dispositif de stabilisation comprenant :
-- un transmon, -- un deuxième résonateur micro-onde supraconducteur ayant un facteur de qualité inférieur à un facteur de qualité du premier résonateur micro-onde supraconducteur, et
-- un exciteur adapté pour émettre les premier et deuxième peignes de fréquences, le dispositif de dissipation multiphotonique comprenant :
-- un dissipateur tel qu'un troisième résonateur micro-onde supraconducteur ayant un facteur de qualité inférieur à un facteur de qualité du premier résonateur micro-onde supraconducteur,
-- une source de pompage et
- un circuit de couplage adapté pour coupler le dissipateur et l'oscillateur, le dispositif de dissipation étant activable lorsque le circuit de couplage reçoit une énergie de pompage de la source de pompage.
L'invention porte également sur un procédé de commande d'un état d'un oscillateur harmonique quantique comprenant les étapes simultanées suivantes:
- stabilisation d'une parité prédéterminée d'un nombre de bosons d'un état de type chat de Schrôdinger de l'oscillateur, la stabilisation comprenant une génération des premier et deuxième peignes de fréquences, les premier et deuxième peignes de fréquence comportant chacun au moins autant de raies qu'un nombre moyen de bosons dans l'état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger, et
- dissipation multiphotonique de sorte à retirer au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur, la dissipation multiphotonique étant activée seulement sur des périodes d'activation comprises entre deux pics temporels successifs des premier et deuxième peignes de fréquences, la période d'activation présentant une durée supérieure à l'inverse du produit d'un nombre moyen de bosons dans l'état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger et de l'inverse du temps caractéristique séparant le retrait d'au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur par dissipation multiphotonique, une durée séparant deux périodes d'activation successives étant inférieure à un temps caractéristique de perte d'un boson dans l'oscillateur harmonique.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
Les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques d'un système de commande d'un état de l'oscillateur harmonique quantique selon deux modes de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Système de commande de l'état d'un oscillateur harmonique quantique
Un système 1 de commande de l'état d'un oscillateur harmonique est représenté schématiquement en figure 1.
Le système 1 comprend un oscillateur harmonique quantique 3, un dispositif de stabilisation de la parité 10 et un dispositif de dissipation multiphotonique 20.
Un oscillateur harmonique quantique et un dispositif de stabilisation de parité ont été présentés dans la demande FR-2 009 795 à laquelle on pourra se référer pour plus de détails.
Oscillateur harmonique
Un oscillateur harmonique peut être dans un état | k>, où k est un entier et représente le nombre de bosons k contenus dans l'oscillateur.
Le terme oscillateur harmonique peut également désigner un résonateur, les deux termes étant utilisés indifféremment avec la même signification dans ce texte.
Le dispositif de stabilisation permet de stabiliser une parité prédéterminée du nombre de bosons d'un oscillateur harmonique quantique de manière autonome. En particulier on cherchera à stabiliser la parité d'un état de chat à deux ou quatre pattes. La stabilisation des états de chat à deux pattes permet notamment la préparation d'état et la stabilisation des états de chat à quatre pattes permet notamment la suppression des phase-flip.
L'état de chat à quatre pattes est défini comme la superposition de quatre états cohérents de l'oscillateur harmonique quantique dont les phases diffèrent d'une valeur de n/2. Lorsqu'un chat à quatre pattes est décomposé sur les états | k>, les seuls coefficients non nuis correspondent à des nombres p de bosons congrus à n modulo A, où n est un entier prédéterminé qui peut valoir 0, 1 , 2 ou 3.
Chaque valeur de l'entier prédéterminé n définit un chat à quatre pattes. Il existe donc quatre chats à quatre pattes.
Les chats à quatre pattes correspondant à l'entier prédéterminé n égal à 0 ou à
2 peuvent permettre de définir un premier qubit logique.
Les chats à quatre pattes correspondant à l'entier prédéterminé n égal à 1 ou à
3 définissent un second qubit logique.
Un changement de parité (causé par exemple par une perte ou un gain d'un boson dans l'oscillateur harmonique) dans un qubit logique est équivalent à un changement du qubit logique. Autrement dit la perte ou le gain d'un boson dans l'oscillateur harmonique fait passer du premier qubit logique au second qubit logique et inversement.
L'état de chat à deux pattes est défini comme la superposition de deux états cohérents de l'oscillateur harmonique quantique dont les phases diffèrent d'une valeur de n. Lorsqu'un chat à deux pattes est décomposé sur les états | k>, les seuls coefficients non nuis correspondent à des nombres p de bosons congrus à n modulo 2, où n est un entier prédéterminé qui peut valoir 0 ou 1 .
Chaque valeur de l'entier prédéterminé n définit un chat à deux pattes. Il existe donc deux chats à deux pattes qui peuvent être utilisés pour réaliser un qubit, l'état chat à deux pattes n=1 et l'état chat à deux pattes n=0.
Dans ce cas, on peut définir un qubit logique où l'état chat à deux pattes n=0 est le 0 logique et l'état chat à deux pattes n=1 le 1 logique. Un changement de parité (causé par exemple par une perte ou un gain d'un boson dans le résonateur) correspond à un bit flip du qubit logique. Autrement dit, la perte d'un photon fait passer de l'état chat à deux pattes n=1 à l'état chat à deux pattes n=0 et inversement.
Dispositif de stabilisation de parité
Le dispositif de stabilisation de parité comprend un dispositif auxiliaire non- linéaire qui est couplé de manière dispersive à l'oscillateur harmonique quantique.
Le dispositif auxiliaire peut être dans un niveau stable | g>, et au moins un niveau excité |f>. Le couplage dispersif entre l'oscillateur harmonique et le dispositif auxiliaire signifie que la différence d'énergie ou, de manière équivalente, la différence de fréquence ωgf (k) entre l'état ou le niveau fondamental | g> et l'état ou le niveau excité | g> dépend de manière linéaire du nombre k de bosons dans l'oscillateur harmonique quantique.
Le dispositif de stabilisation comprend aussi un dissipateur, comportant au moins un état stable et un autre état excité qui relaxe spontanément vers l'état stable. Cette relaxation spontanée permet de rendre, au cours du protocole de commande de l'état de l'oscillateur, des déplacements de population irréversibles.
Le dispositif de stabilisation comprend également un excitateur configuré pour créer deux peignes de fréquences. Les peignes de fréquence sont en résonance avec certaines transitions des niveaux d'énergie du système formé par l'oscillateur harmonique, le dispositif auxiliaire et le dissipateur. Ils permettent d'ajouter un boson dans l'oscillateur harmonique si l'entier k n'a pas la parité prédéterminée.
L'écart fréquentiel séparant deux raies successives du premier peigne de fréquences peut être égal au double d'un deuxième écart fréquentiel séparant deux raies successives du deuxième peigne, comme présenté dans la demande FR 2009795.
L'écart fréquentiel séparant deux raies successives du premier peigne de fréquences peut être égal au deuxième écart fréquentiel séparant deux raies successives du deuxième peigne, comme présenté dans GERTLER Jeffrey M. et al. « Protecting a Bosonic Qubit with Autonomous Quantum Error Correction » Si dans le domaine fréquentiel un peigne de fréquences est constitué de raies régulièrement séparées par un écart fréquentiel, dans le domaine temporel ce peigne de fréquences est constitué de pics séparés par un écart temporel inversement proportionnel à l'écart fréquentiel. On utilise le terme de raie pour le domaine fréquentiel et le terme de pic pour le domaine temporel.
Ce dispositif de stabilisation permet de maintenir la parité du nombre de bosons dans l'oscillateur harmonique quantique de manière autonome. Aucune intervention de l'expérimentateur, à l'intérieur du système quantique, n'est nécessaire pour que la stabilisation soit assurée.
Dispositif de dissipation multiphotonique
Le système de commande d'état de l'oscillateur harmonique quantique comprend également un dispositif de dissipation multiphotonique 20 adapté pour retirer au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur harmonique 3.
Le dispositif de dissipation multiphotonique 20 permet d'obtenir un certain taux de dissipation multiphotonique qui désigne l'inverse du temps caractéristique séparant la perte simultanée de deux ou quatre (ou un autre nombre entier supérieur à un) bosons par l'oscillateur harmonique quantique.
Comme décrit dans l'article Lescanne, R., Villiers, M., Peronnin, T. et al. Exponential suppression of bit-flips in a qubit encoded in an oscillator. Nat. Phys. 16, 509-513 (2020), cette dissipation de bosons par paires a pour effet de séparer les qubits portant l'information dans des zones particulières de l'espace des phases, c'est-à-dire dans des zones particulières dans la représentation de Wigner. Plus cette dissipation est importante, plus forte est la séparation entre les qubits, et plus il est difficile de passer d'un qubit à l'autre, c'est-à-dire de faire une erreur de type bit-flip.
Le dispositif de dissipation peut être contrôlé de sorte que l'on peut régler l'importance du phénomène de dissipation. En particulier, le phénomène de dissipation multiphotonique peut être rendu négligeable.
Il est donc possible d'allumer ou d'éteindre le dispositif de dissipation multiphotonique 20, de sorte à l'activer seulement sur certaines périodes d'activation. Préparation d'états de l'oscillateur harmonique
Le système 1 de commande de l'état d'un oscillateur harmonique peut être utilisé pour préparer des états particuliers de l'oscillateur, et notamment les états de chat de Schrôdinger à deux pattes.
Un changement de parité (causé par exemple par une perte ou un gain d'un boson dans l'oscillateur harmonique) du chat à deux pattes induit un changement de l'état du qubit logique. L'état chat à deux pattes n=1 devient l'état chat à deux pattes n=0 et inversement.
En utilisant le dispositif de stabilisation de parité, on peut choisir de maintenir la parité paire. Dans ce cas, la perte d'un boson, par exemple un photon, amènera l'état chat à deux pattes n=1 dans l'état chat à deux pattes n=0 tandis que l'état chat à deux pattes n=0 ne conduira pas à un changement de parité. Naïvement on peut donc s'attendre alors à ce que tout état converge vers l'état chat à deux pattes n=0 de façon déterministe, ce qui permet de préparer cet état.
Cependant, le protocole de maintien de la parité a aussi pour effet d'affecter les phases relatives entre les superpositions des différents états de Fock « k » de l'oscillateur harmonique quantique. Ainsi, le protocole de maintien de la parité permet de préparer de façon déterministe un état ayant une certaine parité, mais cet état n'est pas un état de chat à deux pattes, quand bien même l'état initial en serait un.
Pour remédier à ce problème, les inventeurs proposent de mettre en place un processus de dissipation à deux photons simultanément. Parmi l'ensemble des états possibles de l'oscillateur harmonique quantique ayant la parité paire, cette dissipation à deux photons permet de stabiliser l'état chat à deux pattes n=0. De la même manière, parmi l'ensemble des états possibles de l'oscillateur harmonique quantique ayant la parité impaire, cette dissipation à deux photons permet de stabiliser l'état chat à deux pattes n=1 .
Avec le protocole de maintien de la parité et la dissipation à deux photons fonctionnant simultanément, il est ainsi possible de préparer de façon déterministe l'état chat à deux pattes n=0 ou l'état chat à deux pattes n=1 , quel que soit l'état initial de l'oscillateur harmonique quantique. Alternance temporelle des périodes d'activation et des pics de peignes de fréquences
Selon l'invention, le dispositif de dissipation multiphotonique et le dispositif de stabilisation de la parité sont contrôlés de manière temporelle de sorte que les périodes d'activation du dispositif de dissipation ne recouvrent aucun pic temporel du premier peigne de fréquences ou du deuxième peigne de fréquences.
Les périodes d'activation sont ajustées de sorte qu'une localisation de l'état dans une représentation de Wigner modifiée pendant les périodes d'activation du dispositif de stabilisation est rétablie par le dispositif de dissipation.
Dans la représentation de Wigner d'un état de chat à quatre pattes les quatre états cohérents de l'oscillateur harmonique quantique, dont la superposition définit l'état de chat à quatre pattes, sont localisés autour des phases 0°, 90° , 180° et 270° .
Lorsque la dissipation multiphotonique est inactive, il y a une dérive en phase de l'état de l'oscillateur.
Lorsque la dissipation multiphotonique est active, l'état de l'oscillateur harmonique est attiré et ramené vers celui des quatre états cohérents dont la phase est la plus proche.
Le résultat selon lequel la localisation de l'état dans une représentation de Wigner modifiée pendant les périodes d'activation du dispositif de stabilisation est rétablie par le dispositif de dissipation, peut par exemple être obtenu lorsque :
(a) chaque peigne de fréquence comporte au moins autant de raies que le nombre moyen de bosons correspondant à la taille du chat,
(b) la durée pendant laquelle la dissipation multiphotonique est inactive est inférieure au temps caractéristique séparant deux erreurs successives de type « bit-flip », et
(c) la durée pendant laquelle la dissipation multiphotonique est active est supérieure à l'inverse du produit du nombre moyen de bosons correspondant à la taille du chat et du taux de dissipation multiphotonique. Les deux premières caractéristiques (a) et (b) permettent que la dérive de phase de l'état, pendant que la dissipation multiphotonique est inactive, est inférieure à 45° .
La troisième caractéristique (c) permet que la dissipation multiphotonique est active suffisamment longtemps pour réduire cette dérive de phase.
Si l'une des caractéristiques est absente, alors le taux d'erreur de type « bit- flip » ou « phase-flip » augmente, c'est-à-dire que le temps caractéristique séparant deux erreurs successives de type « bit-flip » ou « phase-flip » diminue. Tout cela est réglé avant la mise en oeuvre du protocole de commande de l'état de l'oscillateur harmonique quantique.
Dans la représentation de Wigner d'un état de chat à deux pattes les deux états cohérents de l'oscillateur harmonique quantique, dont la superposition définit l'état de chat à deux pattes, sont localisés autour des phases 0° et 180° .
Lorsque la dissipation multiphotonique est inactive, il y a une dérive en phase de l'état de l'oscillateur.
Lorsque la dissipation multiphotonique est active, l'état de l'oscillateur harmonique est attiré et ramené vers celui des deux états cohérents dont la phase est la plus proche.
Le résultat selon lequel la localisation de l'état dans une représentation de Wigner modifiée pendant les périodes d'activation du dispositif de stabilisation est rétablie par le dispositif de dissipation, peut par exemple être obtenu lorsque :
(a) chaque peigne de fréquence comporte au moins autant de raies que le nombre moyen de bosons correspondant à la taille du chat,
(b) la durée pendant laquelle la dissipation multiphotonique est inactive est inférieure au temps caractéristique de perte d'un boson, et
(c) la durée pendant laquelle la dissipation multiphotonique est active est supérieure à l'inverse du produit du nombre moyen de bosons correspondant à la taille du chat et du taux de dissipation multiphotonique.
Les deux premières caractéristiques (a) et (b) permettent que la dérive de phase de l'état, pendant que la dissipation multiphotonique est inactive, est inférieure à 90° . La troisième caractéristique (c) permet que la dissipation multiphotonique est active suffisamment longtemps pour réduire cette dérive de phase.
Le temps caractéristique de perte d'un boson est le temps typique moyen séparant deux pertes successives d'un boson dans l'oscillateur harmonique en absence de tout procédé de correction.
Si l'une des caractéristiques est absente, alors le taux la probabilité que la parité ait la valeur prédéterminée diminue et la superposition entre les états de Fock « k » n'est plus la bonne. Celui conduit à une réduction de la pureté de l'état préparé.
Tout cela est réglé avant la mise en oeuvre du protocole de commande de l'état de l'oscillateur harmonique quantique.
L'alternance temporelle entre le dispositif de dissipation multiphotonique et le dispositif de stabilisation de la parité est intéressante pour combiner les effets correcteurs des deux procédés pour résister aux erreurs de type bit-flip et de type phase-flip, ou bien pour préparer un état de parité donnée.
À priori, ces deux procédés apparaissaient difficiles à utiliser ensemble, car le couplage dispersif peut, dans certains cas, provoquer des erreurs de type bit-flip et son action est donc empêchée par le dispositif de dissipation multiphotonique. Le fait que la dissipation est désactivée lorsqu'un pic du peigne associé au maintien de la parité est envoyée permet que dissipation multiphotonique et maintien de la parité ne sont jamais activés simultanément. L'action de l'un n'est donc pas empêchée par l'action de l'autre.
Par ailleurs, les périodes d'activation de la dissipation multiphotonique sont ajustées pour qu'une localisation de l'état dans une représentation de Wigner détériorée par l'étape de stabilisation de parité puisse être rétablie lors de l'étape de dissipation multiphotonique. De cette manière, les effets contraires de la dissipation multiphotonique et de la stabilisation de parité peuvent être équilibrés.
Peignes de fréquences à haute cadence temporelle
Plus longtemps la dissipation multiphotonique est inactive, et plus la probabilité d'une erreur irréparable augmente. Une erreur est irréparable par la dissipation multiphotonique en particulier lorsqu'elle produit une dérive en phase de l'état de l'oscillateur supérieure à 45° ou 90° alors que la dissipation multiphotonique est inactive.
Pour limiter l'occurrence des erreurs irréparables, le premier écart fréquentiel et le deuxième écart fréquentiel sont choisis aussi importants que possible. En effet, plus ces écarts sont importants et plus les pics temporels des peignes de fréquence sont courts et proches les uns des autres, autrement dit plus la cadence des pics temporels est importante.
En imposant une cadence plus élevée des pics temporels, les périodes d'activation du dispositif de dissipation multiphotonique peuvent alors être plus longues et plus rapprochées les unes des autres. Dans cette situation la dissipation multiphotonique est plus souvent active, et la durée pendant laquelle une erreur irréparable peut se produire est ainsi réduite.
On choisit donc le premier écart fréquentiel et le deuxième écart fréquentiel supérieurs au taux d'occurrence des erreurs de type « perte d'un boson », c'est- à-dire l'inverse du temps caractéristique de perte d'un boson dans l'oscillateur harmonique.
Décalage temporel entre les peignes de fréquences
Il est possible de configurer l'excitateur de sorte qu'il génère les premier et deuxième peignes de fréquences avec les pics du premier peigne décalés temporellement par rapport aux pics du deuxième peigne.
Le décalage temporel peut être caractérisé par la durée D séparant un pic du premier peigne de fréquences et le premier pic du deuxième peigne de fréquence qui suit temporellement le pic négatif.
Dans le cas où le premier écart fréquentiel est égal au double du deuxième écart fréquentiel, des choix du décalage temporel D ont été précisés dans la demande FR 2009795. Ces choix permettent de diminuer un canal d'altération dont l'effet est d'ajouter un boson dans l'oscillateur quand cela est indésirable.
Dans le cas où le premier écart fréquentiel est égal au deuxième écart fréquentiel, on note % cet écart fréquentiel. Il est possible de configurer l'excitateur de sorte qu'il génère le premier et le deuxième peignes de fréquences avec les pics du premier peigne décalés temporellement par rapport aux pics du deuxième peigne.
Le décalage temporel peut être caractérisé par la durée D séparant un pic du premier peigne de fréquences et le premier pic du deuxième peigne de fréquence qui suit temporellement ce pic du premier peigne.
Le décalage temporel D peut être choisi librement dans l'intervalle Le décalage temporel D peut être avantageusement choisi dans l'intervalle ou l intervalle ou et désignent respectivement la largeur à mi-hauteur des pics du premier peigne et du deuxième peigne.
Nombre moyen de bosons
Comme précédemment mentionné, les premier et deuxième peignes de fréquences comportent chacun au moins autant de raies que le nombre moyen de bosons correspondant à la taille du chat.
Il est possible d'utiliser des peignes de fréquences qui comportent davantage de raies, notamment pour diminuer le taux d'erreur.
Plus le taux d'erreur souhaité est faible, et plus il convient d'utiliser des peignes de fréquences comportant un grand nombre de raies.
Technologie des circuits supraconducteurs
Le procédé de commande de l'état de l'oscillateur harmonique quantique décrit ici peut, par exemple, être réalisé en utilisant la technologie des circuits supraconducteurs, comme représenté de manière schématique sur la figure 2. L'oscillateur harmonique quantique 3 peut alors être un résonateur micro-onde supraconducteur.
Le dispositif de stabilisation de parité 10 comprend un système auxiliaire qui peut être un transmon 14, et le dissipateur peut être un autre résonateur microonde supraconducteur 12 ayant, comparativement à l'oscillateur 3, un mauvais facteur de qualité. Le dispositif de stabilisation de parité comprend également un exciteur 16 adapté pour générer les peignes de fréquences 17 et 18. La demande FR 2009795 décrit différents modes de réalisation, correspondant à un couple particulier d'état excité |f> du transmon et d'entier p (égal à un nombre de bosons échangés dans les transitions excitées par les peignes de fréquence), du dispositif de stabilisation en utilisant la technologie des supraconducteurs. Ces modes sont directement compatibles avec le procédé de commande d'un état de l'oscillateur harmonique présenté ici.
Le dispositif de dissipation multiphotonique 20 peut être réalisé selon les indications de l'article Lescanne, R., Villiers, M., Peronnin, T. et al. Exponential suppression of bit-flips in a qubit encoded in an oscillator. Nat. Phys. 16, 509- 513 (2020).
En particulier, le dispositif de dissipation multiphotonique 20 peut comprendre un dissipateur 22. Ce dissipateur 22 peut par exemple être un résonateur microonde supraconducteur ayant, comparativement à l'oscillateur, un mauvais facteur de qualité.
Le dispositif de dissipation multiphotonique peut comprendre également un circuit ATS 24, le terme ATS signifiant en anglais Asymmetrically Threaded SQUID, c'est-à-dire un SQUID (pour Superconducting Quantum Interference Device en anglais, c'est-à-dire dispositif supraconducteur quantique d'interférences) bobiné en asymétrique. Le circuit ATS 24 assure le couplage de l'oscillateur harmonique 3 avec le dissipateur 22.
Le dispositif de dissipation multiphotonique 20 comprend une source de pompage 26 du circuit ATS. La source de pompage 26 peut être contrôlée pour envoyer une énergie de pompage 27 vers le circuit ATS 24. Lorsqu'il reçoit l'énergie de pompage 27, le circuit ATS 24 couple le dissipateur 22 et l'oscillateur 3 et la dissipation multiphotonique a lieu. Lorsqu'il ne reçoit pas l'énergie de pompage 27, le circuit ATS 24 ne couple pas le dissipateur 22 et l'oscillateur 3 et la dissipation multiphotonique n'a pas lieu. Le contrôle de la source de pompage permet ainsi de définir les périodes d'activation de la dissipation multiphotonique.
Le dispositif de dissipation multiphotonique 20 comprend une source d'excitation du dissipateur 22. Cette source d'excitation permet d'ajuster le nombre moyen de bosons dans l'oscillateur harmonique 3, c'est-à-dire la taille du chat lorsque l'oscillateur harmonique est dans un état de type chat de Schrôdinger. La source d'excitation du dissipateur 22 peut être synchronisée avec la source de pompage 26, c'est-à-dire que les deux sources sont actives et inactives au même moment. Ainsi, la source d'excitation n'envoie pas d'énergie dans le dissipateur, lorsque la source de pompage est inactive.
Le système de commande de l'état de l'oscillateur harmonique quantique peut enfin comprendre un contrôleur 30 qui contrôle le dispositif de stabilisation de parité 10 et le dispositif de dissipation multiphotonique 20. En particulier le contrôleur 30 peut assurer la synchronisation de la génération des peignes de fréquences 17, 18 par l'exciteur 16 et la génération de l'énergie de pompage 27 par la source de pompage 26.
Le contrôleur 30 peut notamment garantir que le dispositif de dissipation multiphotonique est activé seulement sur des périodes d'activation comprises entre deux pics temporels successifs des premier et deuxième peignes de fréquences.
Enfin, l'invention concerne un procédé de commande d'un état d'un oscillateur harmonique quantique comprenant les étapes simultanées :
-stabilisation d'une parité prédéterminée d'un nombre de bosons d'un état de type chat de Schrôdinger de l'oscillateur, la stabilisation comprenant une génération des premier et deuxième peignes de fréquences, et
- dissipation multiphotonique de sorte à retirer au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur, la dissipation multiphotonique étant activée seulement sur des périodes d'activation comprises entre deux pics temporels successifs des premier et deuxième peignes de fréquences, les périodes d'activation étant ajustées de sorte qu'une localisation de l'état dans une représentation de Wigner modifiée pendant les périodes d'activation de la stabilisation de la parité est rétablie par la dissipation multiphotonique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système (1 ) de commande d'un état de l'oscillateur harmonique quantique comprenant :
- un oscillateur harmonique quantique (3) configuré pour porter une information encodée dans un état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger,
- un dispositif de stabilisation (10) d'une parité prédéterminée d'un nombre de bosons de l'état, configuré pour utiliser des premier et deuxième peignes de fréquences, les premier et deuxième peignes de fréquence comportant chacun au moins autant de raies qu'un nombre moyen de bosons dans l'état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger, et
- un dispositif de dissipation multiphotonique (20) adapté pour retirer au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur, le dispositif de dissipation multiphotonique étant agencé de sorte qu'il est activé seulement sur des périodes d'activation comprises entre deux pics temporels successifs des premier et deuxième peignes de fréquences, la période d'activation présentant une durée supérieure à l'inverse du produit d'un nombre moyen de bosons dans l'état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger et de l'inverse du temps caractéristique séparant le retrait d'au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur par dissipation multiphotonique, une durée séparant deux périodes d'activation successives étant inférieure à un temps caractéristique de perte d'un boson dans l'oscillateur harmonique.
2. Système selon la revendication 1 dans lequel les périodes d'activation sont ajustées de sorte qu'une localisation de l'état dans une représentation de Wigner modifiée pendant les périodes d'activation du dispositif de stabilisation est rétablie par le dispositif de dissipation.
3. Système selon la revendication 1 ou 2 dans lequel un premier écart fréquentiel séparant deux raies successives du premier peigne de fréquences et un deuxième écart fréquentiel séparant deux raies successives du deuxième peigne sont supérieurs à l'inverse du temps caractéristique de perte d'un boson dans l'oscillateur harmonique.
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel un premier écart fréquentiel séparant deux raies successives du premier peigne de fréquences est égal au double d'un deuxième écart fréquentiel séparant deux raies successives du deuxième peigne.
5. Système selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel les premier et deuxième peignes présentent des pics dans le domaine temporel, les pics du premier peigne étant décalés temporellement par rapport aux pics du deuxième peigne.
6. Système selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'oscillateur harmonique quantique (3) est un premier résonateur micro-onde supraconducteur, le dispositif de stabilisation (10) comprenant :
- un transmon (12),
- un deuxième résonateur micro-onde supraconducteur (14) ayant un facteur de qualité inférieur à un facteur de qualité du premier résonateur micro-onde supraconducteur, et
- un exciteur (16) adapté pour émettre les premier et deuxième peignes de fréquences (17, 18), le dispositif de dissipation multiphotonique (20) comprenant :
- un dissipateur (22) tel qu'un troisième résonateur micro-onde supraconducteur ayant un facteur de qualité inférieur à un facteur de qualité du premier résonateur micro-onde supraconducteur,
- une source de pompage (26) et
- un circuit de couplage (24) adapté pour coupler le dissipateur et l'oscillateur, le dispositif de dissipation étant activable lorsque le circuit de couplage reçoit une énergie de pompage (27) de la source de pompage.
7. Procédé de commande d'un état d'un oscillateur harmonique quantique comprenant les étapes simultanées suivantes :
- stabilisation d'une parité prédéterminée d'un nombre de bosons d'un état de type chat de Schrôdinger de l'oscillateur, la stabilisation comprenant une génération des premier et deuxième peignes de fréquences, les premier et deuxième peignes de fréquence comportant chacun au moins autant de raies qu'un nombre moyen de bosons dans l'état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger, et
- dissipation multiphotonique de sorte à retirer au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur, la dissipation multiphotonique étant activée seulement sur des périodes d'activation comprises entre deux pics temporels successifs des premier et deuxième peignes de fréquences, la période d'activation présentant une durée supérieure à l'inverse du produit d'un nombre moyen de bosons dans l'état de l'oscillateur de type chat de Schrôdinger et de l'inverse du temps caractéristique séparant le retrait d'au moins une paire de bosons simultanément de l'oscillateur par dissipation multiphotonique, une durée séparant deux périodes d'activation successives étant inférieure à un temps caractéristique de perte d'un boson dans l'oscillateur harmonique.
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